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一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法，涉及雷達(dá)信號處理領(lǐng)域，步驟1，合成孔徑雷達(dá)對接收到的回波信號進(jìn)行解調(diào)和采樣處理；步驟2，得到距離脈壓后的信號；步驟3，在局部極坐標(biāo)系中對每個(gè)子孔徑信號進(jìn)行成像；步驟4，對第j級子圖像相鄰兩個(gè)子圖像進(jìn)行兩兩分組；步驟5，對每一子圖像的每行角度維元素和每列距離維元素進(jìn)行平移；步驟6，在角度維上進(jìn)行上采樣和相位校正。步驟7，每組中的相位校正之后的前一子圖像和相位校正之后的后一子圖像進(jìn)行疊加，得到第j+1級子圖像；步驟8，得到第Ns級子圖像本發(fā)明方法計(jì)算量小，效率更高，能夠兼顧成像效率和成像質(zhì)量用于聚束模式合成孔徑雷達(dá)成像，適用于機(jī)載和星載平臺。
【專利說明】 一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)信號處理領(lǐng)域，涉及一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法，用于聚束模式合成孔徑雷達(dá)成像，適用于機(jī)載和星載平臺。

【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)成像屬于高分辨成像技術(shù)，在距離方向，它通過發(fā)射大帶寬信號獲得高分辨；通過移動實(shí)孔徑天線，合成孔徑雷達(dá)可以在很大的視角范圍內(nèi)照射場景，從而極大地提高了方位分辨率。
[0003]后向投影算法(Back Project1n Algorithm, BPA),是從計(jì)算機(jī)層析成像領(lǐng)域引入的。該算法從合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)本質(zhì)工作原理出發(fā),對距離脈壓后的數(shù)據(jù)后向投影到各成像點(diǎn)，然后通過相干積累得到精確聚焦的圖像。該方法能夠適用于合成孔徑雷達(dá)SAR的任意工作模式，能夠?qū)羞\(yùn)動誤差的任意成像幾何的合成孔徑雷達(dá)SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行精確聚焦。然而后向投影算法BPA需要逐點(diǎn)遍歷，計(jì)算量大，效率低。當(dāng)圖像為NXN點(diǎn)，孔徑長度也為N時(shí)，整個(gè)成像過程需要N3次插值操作。龐大的計(jì)算量限制了該算法的實(shí)踐應(yīng)用。
[0004]為減少后投影算法BPA的計(jì)算量，提高算法計(jì)算效率，Yegulalp提出了一種快速后投影算法(Fast Back Project1n Algorithm, FBPA)。當(dāng)分塊大小取為yfR時(shí)，該算法計(jì)算量達(dá)到理論最優(yōu)的0(N2.5)。相對于后向投影算法BPA，該算法計(jì)算量有所減少，但是在實(shí)際應(yīng)用中，算法效率仍然不高。
[0005]Ulander等以2或4為基數(shù)，將后向投影算法BPA進(jìn)一步細(xì)分，提出了快速分級后投影算法(Fast Factorized Back Project1n Algorithm,FFBPA)。當(dāng)基數(shù)取 2 或4 時(shí)，快速分級后投影算法FFBPA計(jì)算量達(dá)到理論最優(yōu)的O (N21og2N)。快速分級后投影算法FFBPA采用金字塔型計(jì)算結(jié)構(gòu)，通過逐級二維插值實(shí)現(xiàn)成像。相對于后投影算法BPA和快速后投影算法FBPA，快速分級后投影算法FFBPA計(jì)算量下降，計(jì)算效率有了一定提高。然而快速分級后投影算法FFBPA仍然需要二維逐點(diǎn)插值，在實(shí)際應(yīng)用中計(jì)算量大，計(jì)算效率不高。
[0006]以上算法中，BPA、FBPA、FFBPA在實(shí)際應(yīng)用中計(jì)算量都比較大，效率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對上述已有算法的不足，提出一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法，這種方法計(jì)算量小，效率更高，能夠更好的兼顧成像效率和成像質(zhì)量。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0009]一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]步驟1，合成孔徑雷達(dá)接收目標(biāo)的原始回波信號，對接收到的回波信號進(jìn)行解調(diào)和米樣處理；
[0011]步驟2，對解調(diào)和采樣后的信號進(jìn)行距離向脈沖壓縮處理，得到距離脈壓后的信號;
[0012]步驟3，對距離脈壓后的信號進(jìn)行方位分塊操作，將距離脈壓后的信號分成N個(gè)子孔徑信號并且將雷達(dá)全孔徑分成N個(gè)子孔徑；以每個(gè)子孔徑的中心為原點(diǎn)，建立每個(gè)子孔徑的極坐標(biāo)系即局部極坐標(biāo)系；在局部極坐標(biāo)系中對每個(gè)子孔徑信號進(jìn)行后投影成像，得到每個(gè)子孔徑信號對應(yīng)的第O級子圖像I。0-ι，O1), 10(r2, θ2)，…，100-?, Θ,),…，
1(1 (rN，9 N);
[0013]步驟4，對第j級子圖像

【權(quán)利要求】
1.一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，合成孔徑雷達(dá)接收目標(biāo)的原始回波信號，對接收到的回波信號進(jìn)行解調(diào)和采樣處理；步驟2，對解調(diào)和采樣后的信號進(jìn)行距離向脈沖壓縮處理，得到距離脈壓后的信號；步驟3，對距離脈壓后的信號進(jìn)行方位分塊操作，將距離脈壓后的信號分成N個(gè)子孔徑信號并且將雷達(dá)全孔徑分成N個(gè)子孔徑；以每個(gè)子孔徑的中心為原點(diǎn)，建立每個(gè)子孔徑的極坐標(biāo)系即局部極坐標(biāo)系；在局部極坐標(biāo)系中對每個(gè)子孔徑信號進(jìn)行后投影成像，得到每個(gè)子孔徑信號對應(yīng)的第 O 級子圖像 ItlCr1, Q1), ItlCr2, Θ 2)，…，I。Cri, Qi),..., 10(rN, θ N)；步驟4，對第j級子圖像^j 5 ^mi ^* 中相鄰兩個(gè)子圖像進(jìn)行兩兩分組，即將前一子圖像和后一子圖像分為一組;mj =
N 表示子孔徑數(shù)目，Ns 為一個(gè)正整數(shù)； 步驟5，對每一組中的前一子圖像?尤,)和后一子圖像((LvIn,)進(jìn)行幾何校正，即對每一子圖像的每行角度維元素和每列距離維元素進(jìn)行平移； 將每一組中的前一子圖像七(、.，化,)的每行角度維元素進(jìn)行平移，每行角度維元素平移量如下式(I)，每列距離維元素進(jìn)行平移，每列距離維元素平移量如下式(2);前一子圖像!Μ'Α、)每行和每列平移后，得到平移后的前一子圖像，見.);
其中，Λ Q1表示前一子圖像Ii(IifisCi)每行角度維元素進(jìn)行平移時(shí)的平移量，Ar1表示前一子圖像LkdP每列距離維元素進(jìn)行平移時(shí)的平移量，前一子圖像所在坐標(biāo)系原點(diǎn)為O,'”,;后一子圖像所在坐標(biāo)系原點(diǎn)為，?υ 一子圖像和后一子圖像在置加之后的子圖像所在坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)定為Ο?,.,#，°?,,,.1為預(yù)設(shè)值A(chǔ)X1表示原點(diǎn)和0? 在X軸方向也就是航向的坐標(biāo)差，RS為成像場景中心到全孔徑中心Otl的距離，表示前一子圖像，么,>所在坐標(biāo)系的角度； 將每一組中的后一子圖像的每行角度維元素進(jìn)行平移，每行角度維元素平移量如下式(3)，每列距離維元素進(jìn)行平移，每列距離維元素平移量，如下式(4);后一子圖像n,, λ?, >每行和每列平移后，得到平移后的后一子圖像d, a--,);
其中，Λ 02表示后一子圖像/#(η+--(5?Ι?,:>每行角度維元素進(jìn)行平移時(shí)的平移量，Ar2表示后一子圖像肩％)每列距離維元素進(jìn)行平移時(shí)的平移量，前一子圖像所在坐標(biāo)系的原點(diǎn)為Oiefj ?后一子圖像所在坐標(biāo)系的原點(diǎn)為01+Bt/Jl前一子圖像和后一子圖像在疊加之后的子圖像所在坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)定為°?,,,,..為預(yù)設(shè)值；AX2表示原點(diǎn)01+?^和0%#在x軸方向也就是航向的坐標(biāo)差，Rs為成像場景中心到全孔徑中心Otl的距離，(L.,,表示后一子圖像7,(ri+?,,，^umj)所在坐標(biāo)系的角度； 對每組中的前一子圖像和后一子圖像的每行每列都進(jìn)行平移，完成全部子圖像的幾何校正，得到幾何校正后的子圖像
步驟6，對每一組中經(jīng)過平移之后的前一子圖像/)0;? ,J和經(jīng)過平移之后后一子圖像((&?,,,,,)在角度維上進(jìn)行上采樣，然后對上采樣之后前一子圖像和上采樣之后后一子圖像進(jìn)行相位校正，得到相位校正之后的前一子圖像4?,)和相位校正之后的后一子圖像
每組中的前一子圖像和后一子圖像都經(jīng)過角度維上采樣、相位校正后，得到相位校正后的子圖像
步驟7，將每一組中的相位校正之后的前一子圖像和相位校正之后的后一子圖像Ck.?,,#+,)進(jìn)行疊加，即;每組中的相位校正之后的前一子圖像和相位校正之后的后一子圖像進(jìn)行疊加，即:
;在疊加之后，得到第j +1級子圖像，即為
步驟8，令j增加1，重復(fù)步驟4-7，直到j(luò) =Ns-1, JV = 2#.，得到第Ns級子圖像(廠，的’第Ns級子圖像&仏0即為最終成像結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于幾何校正的多級后投影合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特征在于，步驟3包括以下子步驟: 3a)對距離脈壓后的信號進(jìn)行方位分塊操作，即將距離脈壓后的信號分成N個(gè)子孔徑信號，i￥ = 2AS Ns為一個(gè)正整數(shù)；同時(shí)將雷達(dá)全孔徑分成N個(gè)子孔徑，每個(gè)子孔徑的長度為L ； 3b)以每個(gè)子孔徑的中心為原點(diǎn)，建立每個(gè)子孔徑的極坐標(biāo)系，即局部極坐標(biāo)系，極軸垂直于雷達(dá)的航跡并指向雷達(dá)成像場景一側(cè)； 在第i個(gè)局部極坐標(biāo)系下，第i個(gè)子孔徑信號表示為S1^ θ,),! = 1，2，…N，ri表示第i個(gè)局部極坐標(biāo)系的極半徑，也表示成像場景中任意一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)到第i個(gè)子孔徑中心的距離，Θ i表示第i個(gè)局部極坐標(biāo)系的角度； 3c)對每個(gè)子孔徑信號進(jìn)行后投影成像，得到第i個(gè)子孔徑信號成像后子圖像I Cri, Θ J，表達(dá)式如下:
其中，Si(ri，θ ,), i = 1，2，…N，表示第i個(gè)子孔徑信號，A表示第i個(gè)局部極坐標(biāo)系的極半徑，Θ i表示第i個(gè)局部極坐標(biāo)系的角度，即(ri，Θ J表示場景中任意一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在第i個(gè)局部極坐標(biāo)中的坐標(biāo)，
為雷達(dá)信號波長，L表示子孔徑長度，雷達(dá)和成像場景中任意一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)Cri, Θ J之間的瞬時(shí)斜距
,x為雷達(dá)在第i個(gè)局部極坐標(biāo)系下的位置
3d)經(jīng)過子步驟3c)得到第O級子圖像ItlCr1, Q1), 10(r2, Θ 2)，…，10Cri, Θ J ,…，.10 (rN, Θ N)，i = 1，2，…N, N表示子孔徑數(shù)目。
【文檔編號】G01S7/40GK104076359SQ201410290022
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】孫光才, 楊澤民, 左紹山, 邢孟道, 保錚 申請人:西安電子科技大學(xué)